在世界曆史的中古時代，歐洲正處於中世紀時期，古希臘天文學的光輝被淹沒了，天文學似乎出現了千年沉寂。當時，亞洲的中西部、埃及和西班牙是阿拉伯帝國的統治區，天文學還比較發達。而在世界的東方，中國天文學在上古時代誕生後一直沿著自己的道路獨立地發展著，在這過程中出現過許多著名天文學家，本文所介紹的郭守敬則是其中最傑出的一位。在世界上同一時期，他的天文學成就也是極其突出的，他不愧被譽為中古時代的天文學巨星。
與此同時，他還以治水方麵的卓越貢獻而彪炳史冊。
少年顯天賦
13世紀初至30年代，中國的南方由南宋王朝統治，而北方由日益沒落的金朝和日益強盛的蒙古汗國統治。金哀宗天興三年（1234年），成吉思汗之子、蒙古大汗窩闊台滅金朝，統一了中國北方。在這之前三年，即金哀宗正大八年（1231），本文主人公郭守敬出生於邢州的邢台縣（今河北省邢台縣）。他出生時邢台已為蒙古汗國所轄。
郭守敬號若思，其父親大概在他出生後不久便去世了，所以郭守敬由其祖父郭榮撫養長大。
郭榮粗通五經，熟諳數學、天文、水利等多種學術，給郭守敬以深刻的影響。少年的郭守敬不愛和年歲相若的孩子們嬉戲，而熱衷於讀書和觀察周圍的自然現象。據記載，他在十五六歲時曾獲一幅《蓮花漏圖》，蓮花漏是當時計時儀器壺中較先進的一種。因戰亂，那時已很難見到實物，郭守敬僅憑此圖加以琢磨，很快弄懂了它的原理。後來，在他31歲那年，據少年時的記憶獨立研製出一台蓮花漏。
郭榮有位老朋友劉秉忠博學多才，深通天文、算學、音律、術數等各種學問，受到成吉思汗之孫忽必烈親王的器重，把他留在親王府內當謀臣。大概在郭守敬十七八歲的時候，劉秉忠回家鄉邢州奔喪。3年服喪期間，他帶了一位名叫王恂的少年到邢台縣以西100多裏的紫金山閉門讀書。郭榮聽到這個消息，立即把郭守敬送至劉秉忠門下進修，王恂比郭守敬略小幾歲，他們兩人成了師兄弟和好朋友。3年後兩人的學業都大有長進，劉秉忠對他們很賞識。
大概正當劉秉忠3年服喪期間，忽必烈親王聽取了另一謀臣張文謙的意見，派良吏去治理地處南北要衝但因長年戰亂而農業凋零的邢州地區。張耕、劉肅被派到了邢州，他們采取了多種措施恢複農業生產，其中整治水道也為措施之一。邢州城的北郊有3條河流順著地勢從西向東流，最北的一條河道因泥沙堆積而淤塞，河水破堤泛濫，形成一片泥淖，中間的一條連河上架的石橋都陷於淤泥中，日子一久，連橋的所在處也找不到了。張耕、劉肅打算治理河道、修複石橋，便命年方21歲、剛師從劉秉忠3年後回家不久的郭守敬負責勘查和工程的治理設計工作。郭守敬通過現場實地勘測，提出了治理設計方案。根據他的方案，官府征調400多民工，挖出淤泥，疏通河道，使3條河流各有歸宿，通行無阻，連埋沒多年的舊石橋也被順利地挖了出來，重新架設在河上。去往北方的大路上，過往行人再也不用艱難跋涉於泥淖之中了，河流也得以通航，農田又得到了灌溉之利。這項工程的順利完工，首次顯示了郭守敬在治水工程方麵的傑出才華。
治水專家
蒙古蒙哥汗元年（1251），蒙古王公大臣擁立成吉思汗之孫、窩闊台之侄蒙哥為大汗，於是蒙哥成了蒙古汗國的最高統治者。蒙哥把包括邢州一帶的廣大漢族居住地區的軍政大事全部交給其胞弟忽必烈親王掌管。為鞏固自身的統治，忽必烈采取了籠絡漢族士大夫階層和發展農業生產的方針。他召來在家鄉守喪的劉秉忠。蒙哥汗三年（1253），他又讓19歲的王恂擔任其次子的伴讀。郭守敬暫未進入仕途，他留在家鄉潛心研究學問。
蒙哥汗九年（1259）秋，蒙哥汗在攻打四川合州的戰役中陣亡。翌年，忽必烈在一些蒙古軍事首領的支持和漢族謀臣的策劃下，打破大汗應由王公大臣推選的蒙古傳統，搶先自立為大汗，建都於開平（後稱上都，在今內蒙古多倫縣西北上都河北岸），並參照中原傳統，下詔用年號紀年，這年便是中統元年（1260）。張文謙被封為“左丞”，不久又特派他兼任大名路（今河北省西南部地區）和彰德路（今河南省東北部地區）宣撫使。張文謙來到自己家鄉邢州，誠懇邀請郭守敬出山做他的助手。
當時，忽必烈的軍事力量主要用於蒙古族居住地區，與他的汗位爭奪者阿裏不哥和海都等人打內戰。忽必烈十分需要一個鞏固且能保障軍需供應的後方。因此，發展農業生產成了大名路、彰德路宣撫使張文謙的主要任務。郭守敬認為，治水是恢複和發展農業的一個根本問題。在張文謙的支持下，郭守敬在大名路、彰德路兩地區的各處奔波，認真勘察河流水渠分布，仔細研究地勢地形，周密考慮引哪條水、修哪些渠、能增加多少灌溉耕地的麵積等問題，最後逐漸在頭腦中醞釀出一套整治水利的地區規劃設想。